A dynamic bandwidth reservation scheme for hybrid IEEE 802.16 wireless networks

A dynamic bandwidth reservation (DBR) scheme for hybrid IEEE 802.16 wireless networks is investigated, in which 802.16 networks serve as the backhaul for client networks, such as WiFi hotspots and cellular networks. The DBR scheme implemented in the subscription stations (SSs) (co-locating with access pointers) consists of two components: connection admission controller (CAC), and bandwidth controller (BC). The CAC processes the received connection set-up requests from the client networks connected to the SSs. The BC manages the request and release of bandwidth from the base station (BS). It dynamically changes the reserved bandwidth between a small number of values. Hysteresis is incorporated in bandwidth release to reduce bandwidth request signalling load and connection blocking probability. An analytical model is proposed to evaluate the performances of reserved bandwidth, connection blocking probability and signalling load. The impacts of hysteresis mechanism and probability of reservation request blocking are taken into account. Simulation verifies the analytical model. ©2008 IEEE.

Sistemas de cálculo, análise e operação virtual: interferências de campos elétricos e magnéticos produzidas por estações radio base de acesso múltiplo por divisão de código em banda larga - WCDMA

In this work it was developed mathematical resolutions taking as parameter maximum intensity values for the interference analysis of electric and magnetic fields and was given two virtual computer system that supports families of CDMA and WCDMA technologies. The first family were developed computational resources to solve electric and magnetic field calculations and power densities in Radio Base stations , with the use of CDMA technology in the 800 MHz band , taking into account the permissible values referenced by the Commission International Protection on non-Ionizing Radiation . The first family is divided into two segments of calculation carried out in virtual operation. In the first segment to compute the interference field radiated by the base station with input information such as radio channel power; Gain antenna; Radio channel number; Operating frequency; Losses in the cable; Attenuation of direction; Minimum Distance; Reflections. Said computing system allows to quickly and without the need of implementing instruments for measurements, meet the following calculated values: Effective Radiated Power; Sector Power Density; Electric field in the sector; Magnetic field in the sector; Magnetic flux density; point of maximum permissible exposure of electric field and power density. The results are shown in charts for clarity of view of power density in the industry, as well as the coverage area definition. The computer module also includes folders specifications antennas, cables and towers used in cellular telephony, the following manufacturers: RFS World, Andrew, Karthein and BRASILSAT. Many are presented "links" network access "Internet" to supplement the cable specifications, antennas, etc. . In the second segment of the first family work with more variables , seeking to perform calculations quickly and safely assisting in obtaining results of radio signal loss produced by ERB . This module displays screens representing propagation systems denominated "A" and "B". By propagating "A" are obtained radio signal attenuation calculations in areas of urban models , dense urban , suburban , and rural open . In reflection calculations are present the reflection coefficients , the standing wave ratio , return loss , the reflected power ratio , as well as the loss of the signal by mismatch impedance. With the spread " B" seek radio signal losses in the survey line and not targeted , the effective area , the power density , the received power , the coverage radius , the conversion levels and the gain conversion systems radiant . The second family of virtual computing system consists of 7 modules of which 5 are geared towards the design of WCDMA and 2 technology for calculation of telephone traffic serving CDMA and WCDMA . It includes a portfolio of radiant systems used on the site. In the virtual operation of the module 1 is compute-: distance frequency reuse, channel capacity with noise and without noise, Doppler frequency, modulation rate and channel efficiency; Module 2 includes computes the cell area, thermal noise, noise power (dB), noise figure, signal to noise ratio, bit of power (dBm); with the module 3 reaches the calculation: breakpoint, processing gain (dB) loss in the space of BTS, noise power (w), chip period and frequency reuse factor. Module 4 scales effective radiated power, sectorization gain, voice activity and load effect. The module 5 performs the calculation processing gain (Hz / bps) bit time, bit energy (Ws). Module 6 deals with the telephone traffic and scales 1: traffic volume, occupancy intensity, average time of occupancy, traffic intensity, calls completed, congestion. Module 7 deals with two telephone traffic and allows calculating call completion and not completed in HMM. Tests were performed on the mobile network performance field for the calculation of data relating to: CINP , CPI , RSRP , RSRQ , EARFCN , Drop Call , Block Call , Pilot , Data Bler , RSCP , Short Call, Long Call and Data Call ; ECIO - Short Call and Long Call , Data Call Troughput . As survey were conducted surveys of electric and magnetic field in an ERB , trying to observe the degree of exposure to non-ionizing radiation they are exposed to the general public and occupational element. The results were compared to permissible values for health endorsed by the ICNIRP and the CENELEC .

An investigation into the interference rejection capability of a linear array in a wireless communications system

The suitable use of an array antenna at the base station of a wireless communications system can result in improvement in the signal-to-interference ratio (SIR). In general, the SIR is a function of the direction of arrival of the desired signal and depends on the configuration of the array, the number of elements, and their spacing. In this paper, we consider a uniform linear array antenna and study the effect of varying the number of its elements and inter-element spacing on the SIR performance. (C) 2002 Wiley Periodicals, Inc.

Avaliação dos sistemas WiMAX e GSM-R para ambientes ferroviários

Com este trabalho pretende-se estudar o desempenho das tecnologias GSM-R e WiMAX em ambientes ferroviários. Este tipo de estudo tem uma importância elevada devido grande interesse na reestruturação dos sistemas de comunicações vocacionados para aplicações ferroviárias. Estes sistemas são cada vez mais complexos, apresentando níveis mais elevados de exigência, como a segurança, suporte de sinalização, tráfego ferroviário e interoperabilidade entre sistemas de diferentes países. Com tudo isto é necessário explorar e conhecer o comportamento de diversas tecnologias para este tipo de aplicações. Neste trabalho foi efectuado um primeiro estudo abrangendo a tecnologia WiMAX (Norma IEEE 802.16d) em ambientes interiores de edifícios, de forma a estudar o seu comportamento com e sem linha de vista e em proximidade e afastamento da estação base. Este estudo foi conclusivo quanto há não adequação desta tecnologia em ambientes ferroviários, visto ter sido observado que em situações de ausência de linha de vista a degradação da qualidade do sinal não conseguiria suportar os níveis de exigência necessários para a aplicação do mesmo em ambientes ferroviários. Analisou-se em segundo lugar a tecnologia GSM-R, onde se efectuou um estudo de campo em ambientes reais. Para o estudo desta tecnologia foram utilizados ambientes diversificados de forma a obter um estudo mais aprofundado do seu comportamento. Como objectivo têm-se a criação de melhores métodos de planeamento, mais vocacionados para as características específicas dos ambientes ferroviários e exigências das aplicações dos sistemas de comunicações ferroviários. Através deste estudo foi possível obter conclusões relativamente à variação da potência do sinal para as diversas condições e ambientes de propagação a que o sistema GSM-R foi sujeito, tendo sido possível também caracterizar o tipo de ambientes característicos das linhas ferroviárias. Foi possível também concluir que este tipo de sistemas consegue responder aos níveis de exigência e aplicações dos sistemas de comunicação ferroviários, trazendo uma mais-valia relativamente aos existentes actualmente a nível nacional.

Avaliação do impacto energético resultante da utilização de repetidores em sistema LTE

Actualmente uma grande preocupação global refere-se ao continuo aumento do custo da energia, resultante da procura e do impacto ambiental. A escalada do custo da energia obriga a procura sistemática de melhores sistemas que permitam diminuir esse custo. Nas comunicações móveis sem fios a economia de energia obtida pelo aumento da eficiência do equipamento das estaçõesbase é insuficiente, pelo qual é necessário também encontrar soluções ao nível da arquitectura. O LTE define os repetidores como um recurso de baixo consumo para aumentar a cobertura e ou capacidade da rede. Nesta dissertação é avaliado um método de economia de energia baseado na substituição de uma estação-base central, circundada por outras estações-base, por um determinado número de repetidores. A cobertura e a capacidade resultante é avaliada assim como a energia poupada. Os resultados obtidos permitem verificar que se pode poupar até 1 000,00 € anuais e 20 kW diários com a substituição de uma estação-base, completamente rodeada por outras estações, por um número de repetidores compreendido entre 1 e 9 dependendo da ISD (até 1750 m). Verifica-se ainda um ganho de eficiência energética de até 13% ao nível do sistema.

Planeamento de rede LTE de baixo custo com uso de repetidor

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Collision-free prioritized medium access in the presence of hidden nodes without relying on out-of-band signaling

Consider the problem of sharing a wireless channel between a set of computer nodes. Hidden nodes exist and there is no base station. Each computer node hosts a set of sporadic message streams where a message stream releases messages with real-time deadlines. We propose a collision-free wireless medium access control (MAC) protocol which implements staticpriority scheduling. The MAC protocol allows multiple masters and is fully distributed. It neither relies on synchronized clocks nor out-of-band signaling; it is an adaptation to a wireless channel of the dominance protocol used in the CAN bus. But unlike that protocol, our protocol does not require a node having the ability to receive an incoming bit from the channel while transmitting to the channel. Our protocol has the key feature of not only being prioritized and collision-free but also dealing successfully with hidden nodes. This key feature enables schedulability analysis of sporadic message streams in multihop networks.

Environmental/Regatta Buoy: Telemetry and Configuration

A monitorização ambiental é essencial para a tomada de decisões tanto na ciência como na indústria. Em particular, uma vez que a água é essencial à vida e a superfície da Terra é composta principalmente por água, a monitorização do clima e dos parâmetros relacionados com a água em ecossistemas sensíveis, tais como oceanos, lagoas, rios e lagos, é de extrema importância. Um dos métodos mais comuns para monitorar a água é implantar bóias. O presente trabalho está integrado num projeto mais amplo, com o objetivo de projectar e desenvolver uma bóia autónoma para a investigação científica com dois modos de funcionamento: (i) monitorização ambiental ; e (ii) baliza ativa de regata. Assim, a bóia tem duas aplicações principais: a coleta e armazenamento de dados e a assistência a regatas de veleiros autónomos. O projeto arrancou há dois anos com um grupo de quatro estudantes internacionais. Eles projetaram e construíram a estrutura física, compraram e montaram o sistema de ancoragem da bóia e escolherem a maioria dos componentes electrónicos para o sistema geral de controlo e medição. Este ano, durante o primeiro semestre, dois estudantes belgas - Jeroen Vervenne e Hendrick Verschelde – trabalharam nos subsistemas de recolha e armazenamento de dados (unidade de controlo escrava) e de telemetria e configuração (unidade de controlo mestre) assim como definiram o protocolo de comunicação da aplicação. O trabalho desta tese continua o desenvolvimento do subsistema de telemetria e configuração. Este subsistema _e responsável pela configuração do modo de funcionamento e dos sensores assim como pela comunicação com a estacão de base (controlo ambiental), barcos (baliza ativa de regata) e com o subsistema de recolha e armazenamento de dados. O desenvolvimento do subsistema de recolha e armazenamento de dados, que coleta e armazena num cartão SD os dados dos sensores selecionados, prossegue com outro estudante belga - Mathias van Flieberge. O objetivo desta tese é, por um lado, implementar o subsistema de telemetria e de configuração na unidade de controle mestre e, por outro lado, refinar e implementar, conjuntamente com Mathias van Flieberge, o protocolo de nível de aplicação projetado. Em particular, a unidade de controlo mestre deve processar e atribuir prioridades às mensagens recebidas da estacão base, solicitar dados à unidade de controlo escrava e difundir mensagens com informação de posição e condições de vento e água no modo de regata. Enquanto que a comunicação entre a unidade de controlo mestre e a estacão base e a unidade de controlo mestre e os barcos é sem fios, a unidade de controlo mestre e a unidade de controlo escrava comunicam através de uma ligação série. A bóia tem atualmente duas limitações: (i) a carga máxima é de 40 kg; e (ii) apenas pode ser utilizada em rios ou próximo da costa dada à limitação de distância imposta pela técnica de comunicação sem fios escolhida.

Environmental/Regatta Buoy: Sensing System

Um dos principais objetivos da ciência é perceber a natureza, i.e., descobrir e explicar o funcionamento do mundo que nos rodeia. Para tal, os cientistas precisam de coligir dados e monitorar o meio ambiente. Em particular, considerando que cerca de 70% da Terra é coberta por água, a coleta de parâmetros de caracterização da água de grandes superfícies é uma prioridade. A monitorização das condições da água é feita principalmente através de bóias. No entanto, as bóias disponíveis no mercado não satisfazem as necessidades existentes. Esta é uma das principais razões que levaram o Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto a lançarem um projeto para o desenvolvimento de uma bóia reconfigurável e com dois modos de funcionamento: monitorização ambiental e baliza ativa de regata. O segundo modo é destinado a regatas de veleiros autónomos. O projeto começou há um ano com um projeto do European Project Project [1] (EPS), realizado por quatro estudantes internacionais, destinado à construção da estrutura da bóia e à selecção dos componentes mais adequados para o sistema de medição e controlo. A arquitetura que foi definida para este sistema é do tipo mestre-escravo e é composta por uma unidade de controlo mestre para a telemetria e configuração e uma unidade de controlo escrava para a medição e armazenamento de dados. O desenvolvimento do projeto continuou com dois estudantes belgas que trabalharam na comunicação e no armazenamento de dados. Este projeto, que prossegue com o desenvolvimento da medição e do armazenamento de dados do lado da unidade de controlo escrava, tem os seguintes objetivos: (i ) implementar o protocolo de comunicação na unidade de controlo escrava; (ii ) coligir e armazenar os dados dos sensores no cartão SD em tempo real; (iii ) fornecer dados em tempo útil; e (iv) recuperar dados do cartão SD em tempo diferido. As contribuições anteriores foram estudadas e foi feito um levantamento dos projetos congéneres existentes. O desenvolvimento do projeto atual começou com o protocolo de comunicação. Este protocolo, que foi projetado pelos alunos anteriores, foi um bom ponto de partida. No entanto, o protocolo foi atualizado e melhorado com novas funcionalidades. Esta última componente foi um trabalho conjunto com Laurens Allart, que esteve a trabalhar no subsistema de telemetria e de configuração durante este semestre. O protocolo foi implementado do lado da unidade de controlo escrava através de uma estrutura de múltiplas actividades paralelas (multithreaded). Esta estrutura recebe as mensagens da unidade mestre, executa as ações solicitadas e envia de volta o resultado. A bóia é um dispositivo reconfigurável multimodo que pode ser expandido com novos modos de operação no futuro. Infelizmente, sofre de algumas limitações: suporta uma carga máxima de 40 kg e tem uma área de implantação limitada pela distância máxima à estacão base.

Redes de terras associadas a estações de telecomunicações

As redes de terras são algo que atormenta muitas operadoras de telecomunicações. Quando o comum civil pensa que apenas existem antenas e que é importante a transmissão de dados porque naturalmente não lhes faz falta saber mais nada, as pessoas envolventes na construção de uma estação de telecomunicações têm preocupações não só com a parte de rádio e antenas, mas fundamentalmente com a parte de energia e de infra-estruturas. No desenvolvimento deste projecto, torna-se então importante perceber como as redes de terras são implementadas, como atingir valores satisfatórios para as operadoras, como realizar melhoria da rede de terras já existentes, implementar furos artesianos/valas e sobretudo como melhorar no futuro. Os materiais utilizados e o estudo prévio das condições do terreno onde a estação rádio-base é implementada nem sempre coincidem com os resultados desejados e que pensamos que seriam facilmente atingidos após implementação da torre. Neste projecto, vamos então acompanhar todos os processos, desde a legalização, construção, testes e finalmente a medição da resistência de terras final. Se os valores foram aceitáveis, óptimo para a operadora de telecomunicações e para a empresa responsável pela implementação. Caso os resultados estejam aquém das expectativas, é altura de selecionar os melhores e recorrendo a um conjunto de técnicas que garantam resultados e o menos dispêndio de dinheiro possível, vamos avançar para as melhorias. Os regimes de protecção das pessoas e da estação são bastante importantes. É importante também perceber as condições dos solos e saber simular com o programa ERICO que será fundamental para se efetuar uma comparação entre o teórico e o implementado praticamente. No fim, parte fulcral serão as medições finais, a relação preço-qualidade das melhorias implementadas, a análise dos resultados com argumentos válidos e o bom senso da operadora para aceitar ou rejeitar os trabalhos. Contrato é contrato, fazer mais e melhor é uma exigência constante.

Multipacket reception in LTE femtocell networks

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

QoS in LEO satellite networks with multipacket reception

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

High ffficiency transmission techniques for broadband wireless systems

Future broadband wireless systems are expected to cope with severely time dispersive channels, due to multi-path signal propagation between the transmitter and the receiver while having high power and spectral efficiency. Thus, advanced Frequency Domain Equalization techniques are required. The implementation complexity in mobile terminals should be as low as possible to achieve highest possible efficiency. Therefore, most of the signal processing requirements will be shifted to the base station and we will employ signals compatible with an efficient, grossly nonlinear power amplification. For this reason, we will consider offset modulation signals with quasi-constant envelope and develop receivers that will obtain good BER performance. However, these signals require a bandwidth significantly above the Nyquist rate, which can be reduced by an overlap of different frequency channels.

A hybrid MAC Scheme to improve the transmission performance in body sensor networks

Wireless body sensor networks (WBSNs) constitute a key technology for closing the loop between patients and healthcare providers, as WBSNs provide sensing ability, as well as mobility and portability, essential characteristics for wide acceptance of wireless healthcare technology. However, one important and difficult aspect of WBSNs is to provide data transmissions with quality of service, among other factors due to the antennas being small size and placed close to the body. Such transmissions cannot be fully provided without the assumption of a MAC protocol that solves the problems of the medium sharing. A vast number of MAC protocols conceived for wireless networks are based on random or scheduled schemes. This paper studies firstly the suitability of two MAC protocols, one using CSMA and the other TDMA, to transmit directly to the base station the signals collected continuously from multiple sensor nodes placed on the human body. Tests in a real scenario show that the beaconed TDMA MAC protocol presents an average packet loss ratio lower than CSMA. However, the average packet loss ratio is above 1.0 %. To improve this performance, which is of vital importance in areas such as e-health and ambient assisted living, a hybrid TDMA/CSMA scheme is proposed and tested in a real scenario with two WBSNs and four sensor nodes per WBSN. An average packet loss ratio lower than 0.2 % was obtained with the hybrid scheme. To achieve this significant improvement, the hybrid scheme uses a lightweight algorithm to control dynamically the start of the superframes. Scalability and traffic rate variation tests show that this strategy allows approximately ten WBSNs operating simultaneously without significant performance degradation.

Monitorização e controlo em ambientes industriais através de rede de sensores sem fios

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Telecomunicações e Informática